高性能天然辉钼矿基电催化析氢和储能材料的制备及调控

【作者】 银松； 张伟超； 王珂； 吕国诚； 刘昊； 廖立兵；

【机构】 中国地质大学材料科学与工程学院； 中国地质大学数理学院；

【摘要】 二硫化钼（MoS₂）作为层状过渡金属二硫化物的代表,拥有独特的层状结构、多样的多型结构和可调节的电子特性,这些特点使其成为制作高比电容超级电容器电极和电催化剂的理想材料^[1-4]。本文以天然辉钼矿为主要原料,通过电化学剥离和超声剥离制备少层MoS₂纳米片（el-MoS₂）,并探究了金属离子插层、高温退火等条件对MoS₂的电容和电催化析氢性能影响。电容分析表明,el-MoS₂表现出显著的比容量提升,从剥离前的25.84 F/g提升到78.62 F/g （电流密度为0.6 A/g时）;金属离子插层后其电容性能有所下降,且金属离子含量越高,性能衰减越严重,这可能是由于金属离子在层间占据通道,阻碍了离子的嵌入和脱出,以及大量金属离子覆盖在表面阻碍了电极材料表面或近表面的法拉第过程。对于电催化析氢性能,el-MoS₂在电流密度为-10 mA/cm²时其过电位从剥离前的500 mV下降到369 mV。少量金属离子插层后,样品的HER性能均有提升,其中少量Al插层的样品提升最多为22 mV （@j_o=10 mA/cm²）。但过量金属离子插入会导致大量金属离子占据了活性位点致使电催化析氢性能下降。el-MoS₂在还原气氛中,不同温度下进行退火处理会产生了一定数量的硫空位。其中,在900℃下退火产生的硫空位最多,并且电催化析氢性能提升最明显,电流密度为-10 mA/cm²时过电位进一步下降到334 mV。以上研究表明,以低成本的天然辉钼矿为主要原料,有望制备高性能、低成本的电催化析氢材料,进而为天然辉钼矿高值化利用提供了研究基础和参考。更多还原